一體化溫壓補(bǔ)償渦街流量計(jì)

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一、    概述

應(yīng)力式渦街流量計(jì)是速度式流量計(jì)的一種，它以卡門(mén)渦街理論為基礎(chǔ)，采用壓電晶體檢測(cè)流體通過(guò)管道內(nèi)三角柱時(shí)所產(chǎn)生的旋渦頻率，從而測(cè)量出流體的流量。渦街流量計(jì)廣泛應(yīng)用于石油、化工、動(dòng)力供熱等行業(yè)。

一體化溫壓補(bǔ)償渦街流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：

測(cè)量精度高，量程寬；

測(cè)量介質(zhì)廣泛，可測(cè)量液體，氣體和蒸汽；

工作溫度高，介質(zhì)溫度可達(dá)350度；

無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)磨損，可靠性高；

表體采用不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕。

二、    測(cè)量原理

當(dāng)管道中流體介質(zhì)通過(guò)旋渦發(fā)生體（三角柱）時(shí)，由于局部加速而產(chǎn)生旋渦現(xiàn)象(如圖一)，此旋渦分成兩列交替地出現(xiàn)，這種旋渦列被 稱為卡門(mén)渦街。旋渦交錯(cuò)分離，在柱體后面的尾流中產(chǎn)生脈動(dòng)的壓力，充在柱體后面（或內(nèi)部）的檢測(cè)探頭受到這種微小的脈動(dòng)壓力的作用，使埋在探頭內(nèi)的壓電晶體元件受到交變應(yīng)力作用而產(chǎn)生交電荷信號(hào)。檢測(cè)放大器將這種信號(hào)進(jìn)行交換、放大、濾波和信號(hào)整形處理后，輸出頻率與旋渦分離頻率相同的電壓（或電流）脈沖信號(hào)，或經(jīng)變換處理輸出與旋渦分離頻率成比例的模擬電流信號(hào)。儀表輸出的每一個(gè)脈沖或一定的電流將代表一定體積的被測(cè)流體。一段時(shí)間內(nèi)的輸出總脈沖數(shù)或模擬電流量的積分，將代表這段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體總和。

卡門(mén)渦街的釋放頻率與三我柱寬度尺寸和流體速度有關(guān)，而與介質(zhì)的溫度，壓力等特性參數(shù)無(wú)關(guān)。可用下式表示：

f=StV/d……(1)

式中：f-卡門(mén)渦街的釋放頻率

      V-介質(zhì)流速

      D-三角柱的寬度

      St-斯特羅哈爾數(shù)

斯特羅哈爾數(shù)是渦街流量計(jì)的重要參數(shù)，它只與介質(zhì)的雷諾數(shù)…Re有關(guān)。只要管道內(nèi)介質(zhì)的雷諾數(shù)保持在2*104至7*106范圍內(nèi)，斯特羅哈爾數(shù)St便保持為一個(gè)常數(shù)（0.17~0.18），這樣便可通過(guò)測(cè)量旋渦頻率信號(hào)檢測(cè)出流體介質(zhì)的流速，再通過(guò)介質(zhì)的流速計(jì)算出介質(zhì)的流量。

三、    技術(shù)參數(shù)

公稱口徑：

DN15,DN20,DN25,DN32,DN40,DN50,DN65,DN80,DN100,DN125,DN150,DN200,DN300,DN35,DN400,DN450,DN500

適用范圍：氣體（空氣，氧氣，氮?dú)猓簹?，天然氣，化學(xué)氣體等），液體（水，高溫水，油，食品液，化學(xué)液等），蒸汽（飽和蒸汽，過(guò)熱蒸汽）；

可測(cè)介質(zhì)溫度：-40度~280度，-40度~350度；

公稱壓力:≤1.6MPa  ≤2.5MPa ≤4.0MPa

精度等級(jí)：液體0.5級(jí)，氣體，蒸汽1.0級(jí)

流速范圍：液體0.27-9m/s,氣體：3-80m/ s,蒸汽：3-90m/s;

測(cè)量范圍：見(jiàn)表二；

輸出信號(hào)：電壓脈沖：低電平≤1V,高電平≥6V，脈沖寬0.4ms,負(fù)載電阻＞150Ω，現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示：瞬時(shí)流量5位顯示（m3/h,kg/h,t/h）, 轉(zhuǎn)換精度±0.1%；累計(jì)流量8位顯示（m3,kg,t）,轉(zhuǎn)換精度±0.1%；

供電電源：

脈沖輸出時(shí)：+12VDC; 4-20mA輸出時(shí)：+24VDC;

現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示：3.6V5號(hào)1節(jié)鋰電池供電，使用壽命大于2年；

環(huán)境溫度：電壓脈沖輸出：-30度-+65度；4-20mA輸出：-10度-+55度；現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示：-25度-55度；

表體材質(zhì)：1Crl8Ni9Ti(其它材料協(xié)議供貨)

四、    選型指南

4.1 口徑的確定：

傳感器口徑的不同，其測(cè)量范圍也不同，而每一種口徑其測(cè)量范圍又隨著被測(cè)介質(zhì)的種類和工況溫度，壓力的變化而變化。

4.1.1對(duì)于飽和蒸汽而言，確定工況溫度與壓力二者之一和大致流量范圍，便可通過(guò)查表法（表一）確定傳感器的口徑；對(duì)于過(guò)熱蒸汽而言，確定工況溫度和壓力，通過(guò)查表法（表二）確定其密度，通過(guò)此密度和大致流量范圍，利用查表法（表一）確定傳感器口徑。（注：表一中壓力均為壓力，壓力=管道壓力+大氣壓力）

4.1.2對(duì)于氣體和液體而言，當(dāng)介質(zhì)條件不是表格中的條件或用于其他介質(zhì)時(shí)，流量計(jì)的測(cè)量范圍受介質(zhì)密度和粘度的影響。需要首先確定介質(zhì)的大致流量范圍，通過(guò)查表法（表三）確定傳感器的口徑。

此時(shí)，流量范圍近以下方法確定：

A.    下限流量：

1.    根據(jù)表一給出的下限流量Qminp基準(zhǔn)介質(zhì)密度p0(氣體介質(zhì)密度為1.293Kg/m3;液體密度為1000Kg/m3)和測(cè)量介質(zhì)的密度p ,按下式計(jì)算不同使用介質(zhì)密度的下限流量Qminp:

Qminp= Qminp×(p0/p)1/2(m3/h)……(2)

2.    根據(jù)使用介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度V按下式計(jì)算粘度下限流量Qminv;

Qminv=6vd×104(m3/h)……(3)

D---管道內(nèi)徑（mm）

B.    上限流量：

一般情況下，介質(zhì)的上限流速為液體9m/s,氣體：80m/s;蒸汽90m/s;

4..2確定合適的配置：

A.確定使用遠(yuǎn)傳型還是現(xiàn)場(chǎng)顯示型；

B.選用遠(yuǎn)傳型，如果是飽和蒸汽，應(yīng)選擇溫度自動(dòng)補(bǔ)償密度或壓力自動(dòng)補(bǔ)償密度；如果是過(guò)熱蒸汽，應(yīng)選擇溫度，壓力同時(shí)補(bǔ)償密度；其他介質(zhì)根據(jù)實(shí)際情況確定是否需要補(bǔ)償；如果要求計(jì)量準(zhǔn)確度不高，溫度或是奪力恒定，可選固定溫度補(bǔ)償，也可固定密度補(bǔ)償。

     C.選擇智能流量積算儀時(shí)，如果只要顯示流量，壓力，溫度等參數(shù)，可選擇數(shù)碼管顯示或液晶顯示的智能流量積算儀，如果需要追溯歷史數(shù)據(jù)，帶有記憶功能，則應(yīng)選用智能流量量積算無(wú)紙記錄儀；

     D. 無(wú)論選擇哪種智能流量積算儀，都應(yīng)考慮是否需要帶有RS485或RS232通訊接口；

     E.無(wú)論選擇哪種智能流量積算儀，都應(yīng)考慮是否需要配置后備電源，以便突然停電時(shí)儀表能夠正常計(jì)量（配置不同，工作時(shí)間不同，一般在24-48小時(shí)以上）

     F.選擇智能流量積算儀時(shí)，應(yīng)考慮是否需要提供儀表箱，將智能積算儀放置其中，以防止設(shè)定參數(shù)隨意調(diào)整；

G.選用遠(yuǎn)傳型，應(yīng)考慮是否需要無(wú)線無(wú)程流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各管路流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理；

H.如果被測(cè)介質(zhì)是易燃易爆物質(zhì)或測(cè)量環(huán)境存在易燃易爆氣體，應(yīng)選用防爆型傳感器及防爆型測(cè)量系統(tǒng)。

4.3傳感器壓力損失計(jì)算：

   傳感器口徑確定以后，可計(jì)算該傳感器的奪力損失，以便確定該傳感器是否對(duì)工藝管線有影響。

計(jì)算公式為：

                      P≤1.2PV2……(4)

其中：△P –傳感器的壓力損失（Pa）

       P –流體的密度（kg/m3）

       V- 管道內(nèi)流體的平均流速（ m/s）

4.4液上保證：

   為防止液體汽化和氣蝕，應(yīng)使流量計(jì)處的流體壓力P滿足下式要求：

P＞2.6△P+1.25Ps……(5)

其中：Ps-與溫度對(duì)應(yīng)的該液體的飽和蒸汽壓力（KPa）

      p- 流體壓力（Pa）

4.5選型舉例

例一：工藝管道內(nèi)徑為DN100,介質(zhì)為飽和蒸汽，用汽量大約為0.5t/h-3t/h,表壓為0.4MPa，請(qǐng)選擇儀表口徑。

解：根據(jù)壓力0.4MPA得知壓力為0.5MPA,由表二中查得溫度為152度DN100的流量范圍是0.4-0.35t/h,完*夠滿足使用要求，故選擇口徑為DN100的渦街流量傳感器，如果用汽量大約為0.3t/h-2t/h,則應(yīng)選擇口徑為DN80的渦街流量傳感器，這時(shí)工藝管道應(yīng)由DN100縮徑至DN80.

例二：工藝管道內(nèi)徑為DN100,介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽，用汽量大約為0.5t/h-2.8t/h,表壓為0.5Mpa,溫度為220度，請(qǐng)選擇儀表口徑。

解：根據(jù)壓力和溫度由表三中查得，表壓為0.5MPA,溫度為220度時(shí)的密度是2.66，查表二得知：密度是2.66時(shí)，DN100的流量范圍是0.40-3.50t/h,完*夠滿足使用要求，故選擇口徑為DN100的渦街流量傳感器。如果用汽量大約為0.3-2.0t/h,則應(yīng)選擇口徑為DN80的渦街流量傳感器。這時(shí)工藝管道應(yīng)進(jìn)行縮管處理。

五．安裝方法和步驟：

5.1選擇安裝位置：

在選擇安裝位置時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

A.    安裝位置盡量選在無(wú)管道振動(dòng)或振動(dòng)小的位置，振動(dòng)加速度不有大于2G,如果振動(dòng)大則需要采取減振措施；

B.    傳感器的上游和下游必須有足夠的直管段（見(jiàn)圖二）

C.    檢修閥安裝在傳感器上游，流量調(diào)節(jié)閥安裝在傳感器下游；

D.    盡量選擇便于安裝和檢修的位置；

E.    應(yīng)選擇環(huán)境干燥的位置；

F.    傳感器可以安裝在水平管道上，也可以安裝在垂直管道上，但在垂直管道上安裝時(shí)，介質(zhì)（液體）必須自下而上流動(dòng)。

G.    傳感器盡量安裝在室內(nèi)，必須安裝在室外時(shí)應(yīng)注意防水在放大器盒外電纜應(yīng)彎成U型；

H.    傳感器應(yīng)遠(yuǎn)離電噪聲，如大功率變頻器，大功率變壓器，電動(dòng)機(jī)和大功率無(wú)線收發(fā)設(shè)備；    

5.2安裝注意事項(xiàng)：

A.法蘭與直管段焊接時(shí)，應(yīng)卸下傳感器，不能帶著傳感器焊接。

B.傳感器安裝時(shí)，應(yīng)使殼體上的流向標(biāo)志與管道內(nèi)流體流向一致。

C.法蘭焊接完畢后，管道內(nèi)要清理干凈不得存有焊渣等雜物。

D.傳感器安裝前，法蘭凹槽內(nèi)必須放好密封墊圈。

5.3 傳感器安裝外型尺寸如圖三，表五所示，供安裝時(shí)參考。 

5.5.1壓力變送器安裝：

A.在管道上按圖六給定位置開(kāi)導(dǎo)壓小孔（大約Ø12）；

B.將導(dǎo)壓座焊接在導(dǎo)壓小孔處，注意不可滲漏；

C.安裝針型閥；

D.安裝導(dǎo)壓管；

E.關(guān)閉針型閥，將導(dǎo)壓管中注入冷水；

F.安裝壓力變送器；

5.5.2鉑熱是阻安裝;

A.在管道上近圖六給定位置開(kāi)合適小孔，其直徑應(yīng)略大于鉑熱電阻座的外徑（大約Ø40）；

B,將鉑熱電阻座焊接在小孔位置上，鉑熱電阻座上下位置應(yīng)保證鉑熱電阻的zui下端在管道中

心線上；